Tugas II Perbedaan Metode Geofisika CSAMT-VLF-IP [PDF]

Citation preview

A. Metode CSAMT Merupakan metode baru dalam geofisika digunakan menentukan nilai tahanan-jenis batuan bawah permukaan untuk mempelajari struktur geologi dengan cara memanfaatkan gelombang elektromagnetik dan merupakan perluasan dari metode MT, dengan beberapa kelebihan antara lain dapat memakai sumber buatan (aktif) dan mempunyai interval frekuensi 0,1 Hz – 10 KHz. Metode CSAMT mentransmisikan sinyal yang sudah kita atur pada frekuensi yang kita inginkan ke ground , kemudian respon yang diterima oleh receiver berupa medan magnetik dan medan listrik . Respon yang kita terima itu akan digunakan untuk mengkalkulasi struktur resistivitas dari bumi. Nilai resistivitas tersebut mengacu pada kondisi geologi. Kedalaman penetrasi dari metode CSAMT pada lingkungan yang konduktif kurang dari skin depth , dimana skin depth diperoleh dari :



Dimana ρ merupakan resistivitas dari ground, ω merupakan frekuensi angular , dan µ merupakan permeabilitas magnetik .



Koreksi Data CSAMT 1. Koreksi near-field , sehingga data CSAMT memiliki karakteristik yang mirip dengan data MT 2. Teknik relatif sederhana untuk koreksi near-field effect dengan memotong data CSAMT sehingga hanya terdapat data far-field 3. Generalisasi hasil untuk medium homogen terhadap data CSAMT yang benar 4. Untuk medium homogen , resistivitas semu dan data near-field yang merpresentasikan resistivitas sebenrnya dari medium dapat dikalkulasi



Effective Depth Penetration Effective Depth Penetration ( D ) adalah kedalaman yang dapat dicapai pada metode CSAMT. Berikut adalah persamaan yang digunakan : Pada metode CSAMT ini terdapat beberapa efek – efek yang nantinya akan mengakibatkan penyimpangan dan berakibat pada data yang diperoleh. Berikut dijelaskan beberapa efek pada metode CSAMT : 1. Efek Statik Penyimpangan data CSAMT karena adanya heterogenitas local dekat permukaan dan factor topografi a. Melakukan perhitungan secara teoritis b. Menggunakan teknik processing seperti pemfilteran spatial c. Menggunakan pegukuran yang bebas dari pengaruh efek static 2. Efek Topografi Penyimpangan data CSAMT karena adanya factor toprogafi a. Melakukan perhitungan untuk menghilangkan dari data 3. Efek Sumber a. Efek nonplane – wave b. Merupakan penyimpangan dari apparent resistivity dan beda fase yang dekat dengan sumber. c. Efek Source Overprintu d. Merupakan pembacaan data yang bergeser. Jika terjadi ini kita harus melakukan normalisasi agar meminimalisir terjadinya overprint. e. Efek Bayangan ( shadow ) f. Merupakan efek yang timbul dari filtur geologi lokal antara sumber dan sounding.



Akuisisi Metode CSAMT



Gambar 1. Akuisisi Metode CSAMT Peralatan yang digunakan untuk pengukuran dengan menggunakan metode CSAMT adalah : 1. Sumber , dapat berupa baterali atau aki 2. Multi Channel Receiver 3. Antena medan magnet 4. Antena medan listrik 5. Kabel



Metode CSAMT dapat digunakan untuk : a. Eksplorasi panas bumi (geothermal) b. Eksplorasi mineral c. Eksplorasi groundwater d. Eksplorasi hydrocarbon



Contoh Data CSAMT



Gambar 2. Hasil analisis data dengan metode CSAMT



B. Metode VLF-EM (Very Low Frequency - Elektro magnetic) Metode VLF-EM merupakan salah satu dari berbagai macam metode Geofisika yang memanfaatkan parameter frequensi. Metode ini tergolong metode geofisika Pasif, karena pada kerjanya metode ini hanya menangkap sinyal-sinyal frequensi dari stasiun-stasiun yang ada diselur dunia. seperti namanya, metode ini memanfaatkan sinyal pemancar radio berfrekuensi rendah Metoda VLF-EM ini pada dasarnya memanfaatkan medan elektromagnetik yang dibangkitkan oleh pemancar radio berfrekuensi sangat rendah (15–30 KHz) dengan daya sangat besar yang pada awalnya digunakan untuk keperluan sistem navigasi kapal selam. Metoda VLF-EM ini dalam pelaksanaan pengukuran di lapangan hanya menggunakan sinyal dari satu frekuensi saja (single frequency). Medan EM yang diukur oleh alat ukur VLF-EM adalah medan kompleks total (HR) yang terdiri dari komponen real (inphase), imajiner (quadrature), total-field, dan tilt-angle. Besar nilai yang terukur keempat komponen tersebut akan sangat tergantung kepada nilai konduktivitas benda bawah permukaannya.



Gambar. 3. Stasiun VLF di dunia (yang paling sering digunakan Indonesia adalah stasiun jepang dan australia) Kegiatan suvey geofisika yang menggunakan sinyal radio VLF-EM dimulai sejak tahun 1960-an untuk penyelidikan prosfek mineral konduktif (McNeill dan



Labson, 1987; Paal, 1965), memetakan patahan dan pemetaan kontaminasi airtanah dikombinasikan dengan metoda resistivitas (Benson dkk., 1997), studi kebencanaan dan lingkungan (Jeng dkk., 2004), pemetaan sistem rekahan di bawah permukaan untuk studi zona mineralisasi emas (Tijani dkk., 2009), studi pasca pondasi (Ofomola dkk., 2009), sedangkan interpretasi VLF-EM dengan memaanfaatkan struktur anomali 3D dengan menggunakan teknik filter linier diperkenalkan oleh (Djeddi dkk., 1998). Bosch & Müller (2001) mensintesakan penggunaan metoda VLF-EM untuk berbagai keperluan, diantaranya; memetakan pencemaran, eksplorasi air bawah tanah yang dikombinasikan dengan



metoda VES (Nandakumar dkk., 1983),



delineasi zona sedimentasi (Oskooi, dan Pedersen, 1995), dan lain sebagainya.



Kelemahan Metoda (single survey): 1. Instrumen juga merekam banyak noise 2. Kondisi bawah permukaan kemungkinan tidak cukup memperlihatkan kontras anomali 3. Overlapping anomali sulit dibedakan dalam tahap interpretasi 4. 42 transmitting stations worldwide (15-30 kHz, 10-20 km l). 5. At distance, EM field behaves as a plane wave with predictable magnetic and electrical components. 6. Eddy currents are generated when field passes through a buried conductor, creating a secondary magnetic field.



Medan elektromagnetik primer sebuah pemancar radio VLF-EM memiliki komponen medan listrik vertikal Epz dan komponen medan magnetik horizontal yang tegak lurus terhadap arah perambatan pada sumbu-x (Bosch dan Mullёr, 2001). Medan elektromagnetik HPy yang dipancarkan antena pemancar radio VLF-EM selanjutnya akan diterima stasiun penerima dalam empat macam perambatan gelombang, yaitu; gelombang langit, gelombang langsung, gelombang pantul dan gelombang terperangkap.



Gambar. 4. jenis-jenis penjalaran gelombang pada metode VLF Adapun yang paling sering dimanfaatkan dan terukur sewaktu pengukuran data VLF-EM di daerah survey adalah gelombang langit. Jika di bawah permukaan terdapat suatu medium yang bersifat konduktif, maka komponen medan magnetik dari gelombang elektromagnetik



primer akan menginduksi medium tersebut



sehingga akan menimbulkan medan listrik induksi, ESx. Medan listrik induksi tersebut akan menimbulkan medan elektromagnetik baru yang disebut medan elektromagnetik sekunder, HS, yang mempunyai komponen horizontal dan vertikal. Medan magnetik ini mempunyai bagian yang sefase (in-phase) dan berbeda fase (out-of-phase/quadrature) dengan medan primernya. Adapun besar medan elektromagnetik sekunder sangat tergantung dari sifat konduktivitas benda di bawah permukaannya



C. METODE INDUCED POLARISASI Metode induced polarisasi atau polarisasi terimbas adalah salah satu metode geofisika yang pada umumnya digunakan untuk eksplorasi base metal dan logam. Metode induced polarisasi ini termasuk di dalam metode geolistrik. Dimana prinsipnya hampir sama yaitu dengan menginjeksika aruas melalui dua elektroda arus. Besar arus yang diinjeksikan dicata dan dua elektroda potensial digunakan untuk mengukur potensial yang dihubungkan dengan voltmeter. Metode induced polarisasi ini memiliki keunggulan dibandingkan dengan metode geolistrik yang lainnya, yaitu hasil pengukuran dengan menggunakan metode induced polarisasi ini dapat merespon atau mengukur resistivitas dan percent frequency effect (PFE) secara vertikal dan horizontal. 1.



Fenomena Induced Polarisasi Secara praktek, fenomena polarisasi terimbas dapat diterangkan dengan



menggunakan empat elektroda A, B, M, dan N. Dimana A dan B sebagai elektroda arus yaitu digunakan untuk menginjeksikan arus ke dalam tanah sedangkan M dan N sebagai elektroda potensial yang digunakan untuk mengukur besarnya beda potensial. Pada beberapa kasus, perbedaan potensial yang terukur tidak langsung naik atau turun secara drastis sesaat setelah arus diinjeksikan atau di matikan. Kurva variasi perbedaan potensial terhadap waktu yang dihasilkan berbentuk asimtotik dengan perbedaan potensial (∆V) mendekati tak hingga atau nol. 2.



Timbulnya Polarisasi Pada Batuan



Ada dua penyebab timbulnya polarisasi pada batuan yaitu : a.



Polarisasi Membran Polarisasi membran terjadi pada pori-pori batuan yang mengandung



mineral lempung yang bermuatan negatif yang mengalami kontak dengan larutan. Karena muatannya negatif, mineral lempung akan mampu menarik ion-ion positif sehingga membentuk awan positif disekitar permukaannya dan meluas pada elektrolit. Penumpukan muatan ini akan menghambat jalannya arus listrik yang melaluinya sehingga terjadilah hambatan disepanjang poripori batuan yang mengandung mineral lempung. Dengan terbentuknya



hambatan-hambatan berupa membran-membran, maka mobilitas ion akan berkurang sehingga terbentuklah gradien konsentrasi ion-ion yang menentang arus listrik yang melaluinya. Gejala ini menunjukkan adanya polarisasi.



a.



b.



(-)



(+)



Muatan Positif



Muatan Positif



Gambar 5. (a) Keadaan normal ion pada batupasir porous sebelum ada arus, (b) Polarisasi membran pada batupasir sesudah dialiri arus. Sumber: M. Telford (1990;704)



b.



Polarisasi Elektrode Polarisasi elektrode adalah polarisasi yang terjadi jika mineralnya konduktif



dari batuan kontak dengan larutan didalam pori-pori batuan. Mineral batuan yang mengandung mineral konduktif dipandang sebagai suatu elektrode yang berada di dalam elektrolit, sehingga mula-mula akan terjadi proses oksidasi dan reduksi (reaksi redoks) karena timbulnya beda potensial antara mineral konduktif dengan larutan sampai terjadi keseimbangan. Dalam keadaan setimbang ini akan terjadi proses penggabungan dan pelepasan muatan antara logam dan larutan dalam jumlah yang sama, dan sama sekali tidak ada arus yang mengalir. Apabila ada gangguan luar, misalnya pengaruh arus yang dialirkan, maka keadaan setimbang akan terganggu sehingga akan timbul polarisasi pada elektrolit yang dikenal sebagai polarisasi elektrode.



a.



b.



(-)



(+)



Muatan Positif



Muatan Positif



Gambar 6. Efek polarisasi pada batuan. Gerak muatan di dalam elektrolit pada pori-pori (atas). Sumbatan oleh mineral logam menyebabkan polarisasi elektroda pori (bawah). Sumber: M. Telford (1990;704)



PERBEDAAN SETIAP METODE A. Metode Controlled Source Audio-Frequency Magnetotelluric (Csamt) Teknik survei konvensional magneto-telurik, seperti sumber-alam MT dan MT frekuensi audio, memanfaatkan magnetik dan komponen listrik alami bidang magneto-telurik dalam rangka untuk variasi peta di bawah permukaan resistivitas untuk kedalaman hingga beberapa ratus kilometer. CSAMT adalah spesifik penurunan sumber konvensional alam dan magneto frekuensi audio-telurik metode yang memanfaatkan sumber buatan (Biasanya dalam kisaran 0.1Hz untuk 10kHz) di samping bidang alam. Ini menyediakan data lebih detail dan sinyal kuat dan memungkinkan pencitraan dangkal sasaran daripada yang akan mungkin dengan sinyal frekuensi rendah.



Detail Variasi temporal Bumi magnetosfer dan ionosfer, yang disebabkan oleh faktor-faktor seperti matahari dan angin variasi magnet bumi lapangan, mengakibatkan frekuensi alami rendah magneto-telurik bidang di seluruh dunia yang menyebabkan arus bolak telurik dalam tanah. Konvensional magneto-telurik survei teknik, seperti sebagai MT-sumber alam dan audio MT frekuensi, memanfaatkan magnet dan listrik komponen bidang MT dan arus untuk variasi peta di resistivitas bawah permukaan untuk kedalaman sampai beberapa ratus kilometer. Namun, sifat tidak menentu sumber dalam hal kekuatan dan arah berarti bahwa sinyal harus disusun untuk jangka waktu yang lama di setiap stasiun. CSAMT adalah turunan spesifik konvensional-sumber alam dan audio frekuensi magneto-telurik metode, yang menggunakan sumber buatan (biasanya dalam kisaran 0.1Hz untuk 10kHz) untuk mempercepat akuisisi data dan menyediakan lebih detail dan sinyal yang kuat. Sumber biasanya terdiri baik loop atau panjang dipol membumi hingga beberapa kilometer. Dipole mungkin dikombinasikan dengan kedua ortogonal pemancar dalam rangka menyediakan dua sumber polarisasi. Serentak pengukuran dari lima terpisah parameter yang diambil di setiap lokasi; dua komponen medan listrik dan tiga komponen magnet lapangan. Medan listrik pengukuran diperoleh menggunakan ortogonal dipol sementara



magnetik



vektor



lapangan



diukur



menggunakan



multiturn



permeabilitas tinggi koil. Modern instrumen CSAMT juga memungkinkan pengukuran alam dan audiofrequensi sinyal MT dalam rangka memberikan kedalaman eksplorasi diperpanjang rentang (yang frekuensi rendah semakin besar kedalaman penyelidikan). Resistivitas semu adalah dikombinasikan dengan ukuran fase perbedaan antara listrik dan magnetik komponen. Lebih dari isotropik homogen tanah magnetik komponen akan tertinggal di belakang listrik komponen dengan Pi / 4. Namun, jika resistivitas bervariasi dengan kedalaman perbedaan fasa terukur akan berbeda. Bersama inversi data menggunakan kedua fase dan resistivitas semu memberikan lebih kuat interpretasi. Data biasanya ditampilkan sebagai resistivitas semu versus frekuensi dan beda fase versus frekuensi plot.



Hasil Hasil mentah dari survei CSAMT adalah sering ditampilkan dalam grafik log-log resistivitas semu dan fase terhadap frekuensi. Namun, merencanakan sejumlah konvensi lainnya dapat diterapkan tergantung pada parameter tertentu yang sedang diukur. Kombinasi inversi resistivitas 1D atau fase gabungan / resistivitas inversi mengarah pembentukan 2D pseudosections dari resistivitas terhadap kedalaman. Dalam gambar daerah resistivitas rendah dit ampilkan warna biru. resistivitas tinggi dalam merah.



B.



VERY LOW FREQUENCY (VLF) Metode elektromagnetik VLF memanfaatkan medan elektromagnetik yang



dibangkitkan pemancar-pemancar gelombang radio VLF berdaya besar yang dioperasikan untuk kepentingan militer, terutama untuk berkomunikasi dengan kapal selam. Medan magnetik dan medan listrik yang dibangkitkannya disebut sebagai medan primer. Medan primer membangkitkan medan sekunder sebagai akibat adanya arus induksi yang mengalir pada benda-benda konduktor di dalam tanah. Medan sekunder yang timbul bergantung pada sifat-sifat medan primer, sifat listrik benda-benda di dalam tanah dan medium sekitarnya, serta bentuk dan posisi benda-benda tersebut. Pada daerah pengamatan VLF dilakukan pengukuran terhadap resultan medan primer dan medan sekunder, dimana perubahan resultan kedua medan tersebut tergantung pada perubahan medan sekunder. Sehingga bentuk, posisi, dan sifat listrik benda-benda di bawah daerah pengamatan dapat diperkirakan. Metode VLF ini secara umum digunakan untuk penelitian geologi yang bersifat dangkal. Peralatan yang dimiliki Pusat Survei Geologi untuk metode VLF ini, adalah sebagai berikut : ENVI VLF Scintrex.



C.



INDUCED POLARIZATION Metode polarisasi terinduksi (Induced Polarization / IP) adalah metode yang



masih relatif baru dibandingkan metode lainnya. Metode IP sendiri merupakan bagian dari metode geolistrik yang menggunakan sumber buatan. Metode IP sesuai dengan namanya mengukur adanya polarisasi di dalam medium karena pengaruh arus listrik yang melewatinya. Polarisasi umumnya banyak terjadi pada medium yang memiliki kandungan mineral logam (misalnya senyawa sulfida logam). Sehingga metode IP lebih banyak dan lebih tepat digunakan untuk eksplorasi mineral logam. Bila dalam medium banyak terjadi polarisasi karena pengaruh arus yang dilewatkan padanya, maka beda potensial terukur pada elektroda potensial tersebut tidak segera menjadi nol pada saat arus dimatikan, melainkan timbul potential decay yang akan menjadi nol dalam waktu beberapa detik atau sampai menit. Peristiwa ini bukan disebabkan oleh induksi elektromagnetik (karena induksi elektromagnetik akan hilang hanya dalam beberapa mikrodetik), tetapi disebabkan oleh proses elektrokimia yang terjadi pada daerah yang banyak mengandung senyawa logam. Pengukuran dengan metode IP dilakukan dalam dua cara yaitu Time Domain IP, yaitu pengukuran polarisasi dengan menghitung harga potential decay, dan Frequency Domain IP, yaitu pengukuran polarisasi dengan mengukur harga resistivitas sebagai fungsi frekuensi arus yang dimasukkan ke dalam medium. Apabila arus listrik dialirkan ke dalam medium, maka terjadi penyimpanan energi di dalam medium dalam bentuk energi mekanik, energi listrik atau energi kimia. Hasil penelitian di laboratorium menunjukkan bahwa penyimpanan energi dalam bentuk energi kimia adalah hal yang paling penting dalam metode polarisasi. Pada saat arus listrik diputus maka energi yang tersimpan dalam medium akan dilepaskan kembali dalam bentuk energi listrik yang dalam metode IP terukur sebagai potential decay V(t). Energi yang tersimpan dalam medium mengakibatkan variasi mobilitas ion dalam larutan yang mengisi pori-pori batuan, atau variasi daya hantar listrik



ionic dan elektronik bila dalam batuan terdapat mineral logam. Efek polarisasi yang pertama disebut polarisasi membran, sedang yang kedua disebut polarisasi elektroda atau overvoltage.



Polarisasi membran Polarisasi membran banyak terjadi pada batuan yang pori-porinya terisi dengan elektrolit dimana pori-pori tersebut juga terdapat mineral lempung. Mineral lempung umumnya bermuatan negatif, sehingga disekitarnya akan terkumpul ion-ion positif. Pada saat batuan dialiri arus listrik ion-ion akan bergerak, ion positif kearah katoda dan ion negatif kearah anoda. Adanya ion negatif dari lempung yang tidak dapat bergerak menyebabkan gerakan ion-ion tertahan, setelah arus diputus ion-ion akan kembali ke posisi seimbang memerlukan waktu beberapa detik. Sering kali polarisasi membran terjadi kontak permukaan mineral lempung bermuatan negatif akan menarik ion-ion positif sehingga membentuk awan ion positif disekitar permukaan mineral lempung dan meluas pada larutan. Jika pada kondisi ini kemudian dialiri arus listrik, maka akan terjadi penumpukan ion positif dan negatif di dekat permukaan mineral. Terbentuknya membran-membran tersebut akan mengurangi kemampuan mobilitas ion-ion secara signifikan.



Polarisasi elektroda atau overvoltage Polarisasi elektroda merupakan sumber polarisasi terbesar disebabkan oleh keberadaan mineral logam dalal medium batuan. Penghantaran arus dalam medium batuan yang mengandung mineral logam dilakukan secara elektronik maupun elektrolitik. Reaksi kimia berupa reaksi reduksi-oksidasi dan kemungkinan pertukaran ionik akan terjadi pada bidang batas mineral dengan elektrolit sampai terjadi keadaan setimbang. Apabila arus dialirkan ke dalam medium, akan timbul gangguan kesetimbangan berupa polarisasi pada bidang batas mineral logam yang berfungsi sebagai elektroda dan air pada medium batuan yang berfungsi sebagai eletrolit.



Bila dalam pori-pori batuan terdapat mineral logam dan elektrolit, maka pada bidang batas antara mineral logam dan elektrolit terjadi susunan muatan yang berlawanan membentuk suatu susunan kapasitor yang disebut dengan lapisan kembar listrik (electrical double layer). Pada saat batuan dialiri arus listrik ion-ion akan bergerak dan sebagian tertahan oleh adanya mineral logam. Pada bidang batas antara mineral logam dan larutannya akan terjadi reaksi-reaksi kimia yang menimbulkan potensial ekstra yang disebut dengan overvoltage. Besarnya overvoltage dipengaruhi oleh besarnya arus dan lama arus yang melewatinya, overvoltage dapat bernilai positif atau negatif. Pada saat arus melewati butir-butir mineral logam, maka mineral akan terpolarisasi, karena efek elektrokimia maka satu sisi menjadi kutub positif sedang sisi lain menjadi kutub negatif, seperti dua buah elektroda, maka polarisasi ini disebut juga sebagai polarisasi elektroda. Overvoltage akan hilang secara perlahan-lahan pada saat arus dimatikan, sehingga menimbulkan potential decay yang terukur pada elektroda potensial. Lapisan kembar listrik didefinisikan sebagai susunan muatan antar bidang batas mineral logam dengan air pada medium batuan. Susunan muatan ini dapat dianggap sebagai suatu kapasitor lempeng dengan rapat muatan σ.



DAFTAR PUSTAKA



https://www.scribd.com/doc/91641541/Metode-Control-Source-AMT http://berkaryaselalu.blogspot.co.id/ https://www.scribd.com/doc/70480185/Metoda-IP https://www.scribd.com/document/95632295/CSAMT-IP#